采用陶瓷超导元件的逻辑器件制造技术

一逻辑器件包括一具磁阻特性的陶瓷超导元件（４）和三个毗邻（４）配置的电极（１２，１４，１６），其中一个电极加电流时，元件（４）上通常总加有大于一阈值磁场（Ｈｏ）的磁场，电极（１４，１６）则用以增减磁场。一存储器件包括一超导环路（４６，４８）和一电极（４４），超导环路的至少一部分由具有晶粒间界的陶瓷超导元件（４６）构成，电极（４４）设在元件（４６）附近，使流经元件（４６）外的所述环路的一部分（４８）电流可由控制流经电极（４４）的电流产生的磁场使其被捕获在所述环路中。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种应用陶瓷超导元件的器件而且特别涉及对一种逻辑器件和存储器件的改进，这种逻辑器件和存储器件是根据磁场变化对超导元件的效应的超导器件的磁阻特性去控制的。大家知道，利用约瑟夫逊效应在理论上可以制造逻辑电路，例如“与”门电路。约瑟夫逊器件是周知的利用超导体性能的逻辑器件之一。现有技术应用约瑟夫逊效应的逻辑器件(在这里我们称之为约瑟夫逊器件)具有这样的结构，即在诸如铌、铅或它们的合金的超导材料制成的薄层之间夹有极薄的绝缘膜。上述那种约瑟夫逊器件中的绝缘膜需要有大约10埃的厚度。而生产这种薄的绝缘膜需要先进的薄膜制造技术，而且实际生产起来很困难。此外，虽然约瑟夫逊器件在技术上具有动作极其快速的优点，但其输出电平的变化很小。因此从实用的观点看，约瑟夫逊器件不适用于逻辑电路。鉴于上述情况，有人发现了陶瓷超导元件的一种新现象，并详细公开在现行日本专利申请62-233369以及下列等等对应于1988年7月29日申请的美国专利申请226，067，并对应于1988年7月29日申请的欧洲专利申请88307044.3中，该日本专利申系转让给本申请的共同受让人之一的夏普股份有限公司。将应用上述新现象的陶瓷超导元件应用到诸如“与”门、“或”门、“异”门或“非”门之类的逻辑电路中时，这类逻辑电路的工作就稳定，且可以高生产率制造，如日本专利申请63-117472(对应于1988年12月23日申请的美国专利申请289，312和1988年12月23日申请的欧洲专利申请88312296.2，以及1988年12月24日申请的中国专利申请88109265.7)和日本专利申请63-29526〔对应于1989年2月10日申请的美国专利申请309，228和1989年2月10日申请的欧洲专利申请89301279.9以及(申请号未收到的)中国专利申请〕中所示的那样，该两个日本专利申请也转让给本申请的共同受让人之一夏普股份有限公司。虽然这些专利申请教导了在诸如“与”门、“或”门、“异”门或“非”门之类的逻辑电路中使用陶瓷超导元件，但这些专利申请没有一个教导或提出在能执行“隐含”门或“等效”门电路操作的逻辑电路中使用陶瓷超导元件。下面的表A和表B示出了以真值表示的“隐含”逻辑和“等效”逻辑。表A表B“隐含”真值表“等效”真值表输入端输出端输入端输出端001001100100011010111111此外这些专利申请也没有教导或提出在存储器件中使用陶瓷超导元件。另外，约瑟夫逊器件通常历来是通过利用超导性的特性来存储数据的。在这类器件中，存不存在穿过连接到约瑟夫逊器件的环路的全磁通量子，与存储态“1”和“0”有关。但象那些用于一般超导存储器件中的约瑟夫逊器件，其结构一般是层状结构，具体地说，是那种有一薄膜绝缘层夹在铌、铅、它们的合金或其它材料制成的各超导薄层之间的结构。在上述约瑟夫逊器件中，为获得能激发超导性的隧道效应，所夹入的绝缘膜必须制成大约10埃那么薄。而要生产如此之薄的绝缘膜是需要有先进的薄膜制造技术的，而且生产起来很困难。这类器件，输出电平低，而且只能用于非常低的温度，因而妨碍了其在实际中的应用。本专利技术是在考虑到了上述问题的基础上研制出来的，其主要目的是改进采用能执行“隐含”和“等效”门操作的陶瓷超导元件的逻辑器件。本专利技术还有一个目的，即改进采用陶瓷超导元件的存储器件。为达到上述和其它目的，本专利技术的“隐含”逻辑器件包括一衬底;一陶瓷超导元件，淀积在衬底上，具有磁阻特性;第一电极，毗邻陶瓷超导元件配置，用以通过陶瓷超导元件加第一电流时给陶瓷超导元件提供第一磁场;第二电极，毗邻陶瓷超导元件配置，用以通过陶瓷超导元件加第二电流时给陶瓷超导元件提供第二磁场;第三电极，毗邻陶瓷超导元件配置，用以通过陶瓷超导元件加第三电流时为陶瓷超导元件提供第三磁场;因此当存在第一磁场时，就使陶瓷超导元件处于磁阻状态，当存在第一和第二磁场时，就使陶瓷超导元件就处于超导状态，当存在第一和第三磁场时，就使陶瓷超导元件处于磁阻状态，当存在第一、第二和第三磁场时，就使陶瓷超导元件处于磁阻状态。此外本专利技术的“等效”逻辑器件包括一衬底;一陶瓷超导元件，淀积在衬底上，具有磁阻特性;第一电极，毗邻陶瓷超导元件配置，用以通过陶瓷超导元件加第一电流时给陶瓷超导元件提供第一磁场;第二电极，毗邻陶瓷超导元件配置，用以通过陶瓷超导元件加第二电流时给陶瓷超导元件提供第二磁场;第三电极，毗邻陶瓷超导元件配置，用以通过陶瓷超导元件加第三电流时给陶瓷超导元件提供第三磁场;因此当存在第一磁场时，使陶瓷超导元件处于磁阻状态，当存在第一和第二磁场时，或当存在第一和第三磁场时，使陶瓷超导元件处于超导状态，当存在第一、第二和第三磁场时，则使陶瓷超导元件处于磁阻状态。此外本专利技术的存储器件包括一衬底;一陶瓷超导元件，淀积在衬底上，具有磁阻特性;第一电极，毗邻陶瓷超导元件配置，用以通过陶瓷超导元件加电流时给陶瓷超导元件提供大于临界磁场的磁场，并使陶瓷超导元件处于磁阻状态;第二电极，其相应的两端分别连接到陶瓷超导元件相应的两端，形成由陶瓷超导元件与第二电极组成的闭合环路;因此当往第二电极毗邻陶瓷超导元件其中一端的第一部分与第二电极毗邻陶瓷超导元件另一端的第二部分之间加第一电流时，第一电流部分流经陶瓷超导元件，部分流经第二电极;然后，通过第一电极加第二电流时，陶瓷超导元件呈磁阻状态，使第一电流大部分流经第二电极;这之后，同时切断第一和第二电流时，第一电流就为闭合环路所捕获，以便将数据存储起来。下面就上述新现象进行说明。通常，当没有磁场加到陶瓷超导元件上时，陶瓷超导元件在低于象77°K那样的某些温度下表现出超导性能。当往陶瓷超导元件加磁场但其大小不大于阈值H0时，陶瓷超导元件仍然表现出超导性，如附图说明图1所示。然后，当加到超导元件的磁场变得与阈值HO相等时，超导元件就丧失其超导性，同时突然表现出磁阻性其阻值以高于磁场增加的速度增加。这之后，当磁场减少到阈值H0时磁阻值也减到零，于是超导元件再次表现出其超导性能。如图1所示以相反极性增加磁场时，可以观察到同样的现象。鉴于陶瓷超导元件的电阻是通过施加磁场获得的，因而所获得的电阻就叫做磁阻，而这种在陶瓷超导元件中观察到的现象就叫做超导磁阻系统。对超导磁阻系统系统可以如下加以理解。当陶瓷超导元件接收到大于阈值H0的磁场时，陶瓷超导体晶粒间界的超导状态为所加的磁场所破坏，从而使超导体从超导状态改变成电阻状态。更具体地说，当晶体间界由陶瓷料粒形成的陶瓷超导元件没有接收到任何磁场时，陶瓷元件没有表现出任何电阻性，如图5所示。但当加上大于阈值H0的磁场时，陶瓷元件突然表现出电阻性，而且所加磁场增加时阻值急剧增加。由于在阈值磁场H0下电阻的变化率△R/△H等于无穷大，因而由利用超导磁阻系统的陶瓷超导元件制成逻辑器件比普通磁阻元件表现出更稳定和更高级的性能。目前由许多研究单位所推进的对陶瓷超导器件所进行的研究，其动向是试图提高临界温度(Tc)、阈值磁场(H0)和阈值电流(Ic)特性。在本专利技术人对陶瓷超导器件所进行的研究中，在某些特殊类型的超导体(超导体各晶粒之间的弱耦合状态的那种超导体)中发现了上述现象。该现象是这样的，即弱磁场(几个高斯)破坏了这些弱耦合的超导状态，如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种逻辑器件，其特征在于，它包括：一陶瓷超导元件（４），具有磁阻特性；和三个电极（１２，１４，１６），毗邻所述陶瓷超导元件配置，且构成得使往所述三个电极电的一个电极加电流时在所述陶瓷超导元件（４）上通常总加有一大于阈值磁场（Ｈｏ）的 磁场，其它电极（１４、１６）则用以增加或减小磁场。

【技术特征摘要】
JP 1988-6-16 148576/88;JP 1988-6-16 148577/881.一种逻辑器件，其特征在于，它包括一陶瓷超导元件(4)，具有磁阻特性；和三个电极(12，14，16)，毗邻所述陶瓷超导元件配置，且构成得使往所述三个电极电的一个电极加电流时在所述陶瓷超导元件(4)上通常总加有一大于阈值磁场(Ho)的磁场，其它电极(14、16)则用以增加或减小磁场。2.一种“隐含”逻辑器件，其特征在于，该器件包括一衬底(3);一陶瓷超导元件(4)，淀积在所述衬底上，具有磁阻特性;第一电极(12)，毗邻所述陶瓷超导元件(4)配置，用于通过陶瓷超导元件(4)加第一电流时给陶瓷超导元件(4)提供第一磁场(H1);第二电极(14)，毗邻所述陶瓷超导元件(4)配置，用以通过所述陶瓷超导元件(4)加第二电流时给陶瓷超导元件(4)提供第二磁场(-H2);第三电极(16)，毗邻所述陶瓷超导元件(4)配置，用以通过陶瓷超导元件(4)加第三电流时给陶瓷超导元件(4)提供第三磁场(H3);因此当存在所述第一磁场(H1)时，就使所述陶瓷超导元件(4)处于磁阻状态，当存在所述第一和第二磁场(H1-H2)时，就使所述陶瓷超导元件(4)处于超导状态，当存在所述第一和第三磁场(H1+H3)时，就使所述陶瓷超导元件(4)处于所述磁阻状态，当存在所述第一、第二和第三磁场(H1-H2+H3)时，就使所述陶瓷超导元件(4)处于所述磁阻状态。3.如权利要求2所述的“隐含”逻辑器件，其特征在于，它还包括第一电流源(20)，用以将所述第一电流加到所述第一电极(12)上;第二电流源(22)，用以将所述第二电流通过第一开关装置(26)加到所述第二电极(14)上;和第三电流源(24)，用以将所述第三电流通过第二开关装置(28)加到所述第三电极(16)上。4.如权利要求2所述的“隐含”逻辑器件，其特征在于，它包括一第四电流源(18)，用以将一预定值的电流加到所述陶瓷超导元件(4)上，以便处于所述超导状态时，在所述陶瓷超导元件(4)两端产生电压。5.一种“等效”逻辑器件，其特征在于，它包括一衬底(3);一陶瓷超导元件(4)，淀积在所述衬底上，具有磁阻特性;第一电极(12)，毗邻所述陶瓷超导元件(4)配置，用以通过所述陶瓷超导元件(4)加第一电流时给所述陶瓷超导元件(4)提供第一磁场(H1);第二电极(14)，毗邻所述陶瓷超导元件(4)配置，用以通过所述陶瓷超导元件(4)加第二电流时给所述陶瓷超导元件(4)提供第二磁场(-H2);第三电极(16)，毗邻所述陶瓷超导元件(4)配置，用以通过所述陶瓷超导元件(4)加第三电流时给所述陶瓷超导元件(4)提供第三磁场(-H4);因此当存在在所述第一磁场(H1)时，就使所述陶瓷超导元件(4)处于磁阻状态，当存在所述第一和第二磁场(H1-H2)时，或当存在所述第一和第三磁场(H1-H4)时，就使所述陶瓷超导元件(4)处于超导状态，当存在所述第一、第二和第三磁场(H1-H2-H4)时，就使所述陶瓷超导元件(4)处于所述磁阻状态。6.如权利要求5所述的“等效”逻辑器件，其特征在于，它还包括第一电流源(20)，用以将所述第一电流加到所述第一电极(12)上;第二电流源(27)，用以将所述第二电流通过第一开关装置(26)加到所述第二电极(14)上;和第三电流源(25)，用以将所述第三电流通过第二开关装置(28)加到所述第三电极(16)上。7.如权利要求5所述的“等效”逻辑器件，其特征在于，它还包括第四电流源(18)，用以将一预定值的电流加到所述陶瓷超导元件(4)上，以便处于所述磁阻状态时，在所述陶瓷超导元件(4)两端产生电压。8.一种制造“隐含”逻辑器件的方法，其特征在于，该方法包括下列工序在预定温度下冷却具磁阻特性的陶瓷超导元件(4)，使其处于超导状态;往所述陶瓷超导元件(4)加上预定值的电流;往所述陶瓷超导元件(4)上加大于阈值磁场(H0)的第一磁场(H1)，使所述陶瓷超导元件(4)处于磁阻状态;除加上所述第一磁场(H1)外，还往所述陶瓷超导元件(4)加第二磁场(-H2)，以抗衡第一磁场(H1)，从而使所述陶瓷超导...

【专利技术属性】
技术研发人员：野岛秀雄，片冈照荣，桥爪信郎，土本修平，森末道忠，
申请(专利权)人：夏普公司，森末道忠，
类型：发明
国别省市：JP[日本]